近红外光谱分析技术用于检测种子质量

种子作为农业生产最基本的生产资料,种子质量是影响其种植价值的最重要特征,也是影响农业高产的关键因素之一。种子是进行植物生命的载体,而而种子净度、发芽率、水分含量和生活力等是种子质量检测的主要指标。随着我国种子法的颁布,种子质量包括净度、含水量、发芽率、活力、病虫害、生活力等的检验指标出台了相应的标准检测方法,种子质量也有了明显的改善。

传统的质量检验方法主要有种子形态鉴定、标准发芽试验、田间小区试验、幼苗鉴别、以生化指纹为依据的电泳谱带鉴定法和以DNA分子多态性为依据的分子标记鉴定法。但以上种子质量检验方法由于主观因素,则结果差异较大,并且费时、费事,无法满足当前种业市场快速发展的需求。

近红外谱区是电磁波谱中很窄的区段,其波长范围为近红外光谱区介于可见光与中红外光谱区之间,波长范围在780-2526nm,近红外光谱作为一种分析技术,可以测定有机物及部分无机物。许多物质种等到基团(如O—H,C—H,H—N等)在都有其固定的振动频率。当分子受到近红外线照射时,被激发产生共振,同时光的能量一部分被吸收,测量其吸收光可以得到极为复杂的图谱,这种图谱表示被测物质的特征。不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱,每种成分都有其特定的吸收特征,这就为近红外光谱定量分析提供了基础。种子是由多种有机物组成的,种子质量的变化往往伴随其内含物质的变化,这就为近红外光谱分析技术在种子质量检测上的应用提供了很大的可能性。

水分是种子生命活动的介质和生化变化的参与者,在种子生理学种将种子水分也看成种子中的化学成分。种子水分是我国种子质量指标之一,传统的烘干干燥称重法对样品具有破坏性,且耗种量较大,不适用于资源短缺和价格昂贵的种子。近年来,已有很多的研究报道运用近红外技术测定种子水分,已有的结果表明运用近红外光谱技术可高效的测定玉米、水稻、小麦、棉花、花生等作物的种子含水量。采集种子的近红外反射光谱,结合偏最小二乘法,采用交叉检验技术建立种子含水量模型。

淀粉是谷类作物种子中的主要化学成分,其含量的多少对谷类作物的影响也比较大。蛋白质和脂肪酸均是种子内的重要成分,因此应用近红外光谱分析技术对其含量进行测定也成为一个趋势。种子内有害生物的检测也是种子质量检测的重要组成部分,对植物检疫的工作意义重大。目前近红外光谱分析技术可以做种子品种鉴定、种子纯净度鉴定、种子发芽率测定、种子水分含量和生活力测定、种子活力和虫害检验,以及水分,淀粉,蛋白质,脂肪酸等指标。

在近红外光谱分析应用中经常遇到的一个问题是模型稳健性,包括模型的抗干扰能力和适用范围,提高其适用范围要解决的主要问题即模型传递,在某一仪器上建立的多元校正模型,在另一台相同型号的仪器上使用时其预测结果产生较大的偏差,甚至校正模型根本无法使用。这种情况的发生是因为测量光谱不仅包含了样品组分引起的光谱响应,还包含了仪器、测量条件的特性。模型传递问题是近红外光谱技术中一个重要的问题,直接影响到模型的推广与应用。布鲁克的近红外光谱仪很好的解决了模型传递这一问题,能够实现模型在新旧仪器、不同型号之间百分百传递。这一问题的解决极大的提高布鲁克近红外光谱仪的实用性,其应用范围也更加广泛。